Untersuchung der Prozess-Struktur-Eigenschaftsbeziehungen des Rollprofilierens - Performance-Verbesserung für Blechbauteile aus Aluminium (GrETa-TUD)

Abstract

Das vorliegende Forschungsvorhaben "Gesamtrumpf Eco effiziente Technologie Anwendung" (GrETA) wurde im Rahmen des sechsten Aufrufs des Luftfahrtforschungsprogramms (LuFo Call 6-2) durchgeführt und durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert. Die Bearbeitung erfolgte am Institut für Festkörpermechanik (IFKM) der Techni-schen Universität Dresden in enger Kooperation mit Airbus sowie weiteren Forschungspartnern. Im Fokus des Hauptarbeitspaketes 3 des Gesamtvorhabens GrETA stand die Weiterentwicklung von Konzepten zur energie- und ressourcenschonenden Herstellung von Leichtbaukomponenten für den metallischen Flugzeugrumpf auf Basis umformtechnischer Verfahren. Das Teilvorhaben GrETA-TUD verfolgte das Ziel, experimentell und numerisch abgesicherte Erkenntnisse zu den Prozess-Struktur-Beziehungen einer hochfesten Aluminiumlegierung für den Einsatz im Flugzeugbau zu gewinnen. Ein besonderer Schwerpunkt lag auf der umfassenden Untersuchung des Werkstoffverhaltens unter Berücksichtigung des Einflusses von Kaltverfestigung sowie der Oberflächenbeschaffenheit, die durch eine aufgebrachte Plattierschicht maßgeblich beeinflusst wird. Aus den zyklischen Werkstoffuntersuchungen konnte die Erkenntnis gewonnen werden, dass die Kaltverfestigung infolge Umformprozess das Ermüdungsverhalten positiv beeinflusst. Zugleich konnte festgestellt werden, dass sich die Plattierschicht negativ auf das Ermüdungsverhalten auswirkt und zu einer Herabsetzung der Werkstoffbeanspruchbarkeit führt. Der Nutzen des Korrosionsschutzes muss dementsprechend vor dem Hintergrund der herabgesetzten Ermüdungsfestigkeit abgewogen werden. Durch die Kombination von experimentellen Material- sowie Bauteiluntersuchungen und umfangreichen simulativen Analysen, wurden belastbare Grundlagen für die Bewertung der Lebensdauer und Zuverlässigkeit von Leichtbaukomponenten bei vorliegenden Eigenspannungen und einer sich einstellenden Kaltverfestigung als Prozesseinflussgrößen geschaffen. Das Ziel des Vorhabens wurde erreicht. The present research project "Gesamtrumpf Eco effiziente Technologie Anwendung" (GrETA) was carried out within the framework of the sixth call of the German Aviation Research Program (LuFo Call 6-2) and funded by the Federal Ministry for Economic Affairs and Energy. The work was conducted at the Institute of Solid Mechanics (IFKM) of the Technische Universität Dresden in close cooperation with Airbus and additional research partners. The main focus of Work Package 3 within the overall GrETA project was the further development of concepts for energy- and resource-efficient manufacturing of lightweight components for the metallic aircraft fuselage based on forming processes. The subproject GrETA-TUD pursued the objective of generating experimentally and numerically validated insights into the process-structure-properties of a high-strength aluminum alloy for application in aircraft construction. A particular emphasis was placed on the comprehensive investigation of the material behavior, considering the influence of strain hardening as well as the surface characteristics, which are significantly affected by an applied cladding layer. The cyclic material investigations revealed that strain hardening induced by the forming process exerts a positive effect on the fatigue behavior. At the same time, it was observed that the cladding layer has a negative impact on the fatigue behavior, leading to a reduction in the material’s load-bearing capacity. Consequently, the benefits of corrosion protection must be weighed against the reduction in fatigue strength. By combining experimental material and component investigations with extensive numerical analyses, a reliable basis was established for the assessment of the service life and reliability of lightweight components, taking into account residual stresses and strain hardening as key process-related influencing factors. The goal of the project has been achieved.